DE734147C - Windturbinenaggregat mit von der Windgeschwindigkeit abhaengiger, selbsttaetiger Fluegeleinstellung - Google Patents

Description

• Windturbinenaggregat mit von der Windgeschwindigkeit abhängiger, selbsttätiger Flügeleinstellung Windräder mit von ,der Windstärke abhängiger selbsttätiger Schaufeleinstellung sind bereits bekanntgeworden. Die Einstellung wurde in einfacher Weise mittels Kettenzügen und Gewichten geregelt, diedie um ihre Längsachsen schwenkbaren Schaufeln entgegen dem Winddruck zu drehen versuchten. Die Leistung und praktische Verwendbarkeit solcher . Windmotoren war natürlich nur eine sehr beschränkte. Es ist auch eine Ausführung bekanntgeworden, bei der ein in einem zylindrischen Gehäuse gleitendes, unter Wirkung einer Feder stehendes Glied vorhanden. ist, welches zur Flügeleinstellung dient. Die Übei#tragung der Bewegungen findet unter Zuhilfenahme von Hebelanordnungen statt. Auch diese Ausführung ist wegen ihrer Umständlichkeit für neuzeitliche leistungsfähige Windturbinenaggregate nicht geeignet. Bei diesen kommt es nicht nur darauf an, daß die Verstelleinrichtung für .die Windflügel unbedingt sicher arbeitet und auch bei geringer Windgeschwindigkeit anspricht, sondern daß die Flügel im Rahmen ihrer Verstellbarkeit so gelagert werden, daß sie die unter Umständen erheblichen, auf sie -einwirkenden Momente ohne Gefahr übernehmen können. Man hat zwar auch schon eine tangentiale Anordnung der Flügelachsen zur Flügelradwelle vorgeschlagen, jedoch erfolgt bei diesem Windrad die Schaufelverstellung unter Ausnutzung der auf die Schaufeln wirkenden Fliehkraft. Diese Regelart ist für Aggregate, die auf ein bestehendes Netz arbeiten, nicht brauchbar, da wegen der unverändert bleibenden Netzfrequenz die Drehzahl des Drehstromgenerators konstant ist, so daß also eine veränderliche Fliehkraftwirkung nicht zustande kommt. Des weiteren ist es nicht mehr neu, .die Verstelleinrichtung der Windflügel als Zahnbetrieb auszubilden. Bei den bekannten Anordnungen handelt es sich aber entweder um sperrige, für einen neuzeit-

  lichenBetrieb nichtbrauchbare Ausfiihi^ungen,

  oder aber die Flügelv erstelleinrichtürig ar-

  beitet nach dein Fliehkraftprinzip.

  Neuerdings erhält die Frage der selbsttäti-

  gen Flügeleinstellung von Windmotoren wie-

  der große Bedeutung, da die Kupplung von

  Generatoren größerer Leistung, die durch-

  Windräder angetrieben werden sollen, mit

  den Überlandnetzen erwogen wird. Die Dreh-

  zahlkennlinie eines Windrades mit festen Flü-

  geln in Abhängigkeit i-on der M'indstä rke

  v iiuft viel zu steil, als daß ein Parallel-

  arbeiten des von ihm angetriebenen Dreh-

  stromgenerators mit einem Netz konstanter

  Frequenz ko'ninien könnte. Angenommen, das

  Windrael sei so gebaut, daß es bei einer be-

  stimmten Windstärke, etwa 8 nil's, eine be-

  stimmte Generatorleistung bei Netzfrequenz

  abgeben könnte, so würde bei kleinerer Wind-

  stärke als S in/s die Frequenz nicht erreicht,

  also eine Leistung nicht abgegeben werden

  können. Andererseits würde bei etwas grö-

  ßerer Windstärke der Generator sofort über-

  lastet werden, da bekanntlich die Leistung

  des Windrades in der dritten Potenz finit der

  Windstärke steigt: Das bisher angewandte

  Mittel, bei stärkerein Wind das Windrad

  selbsttätig aus der Windrichtung auszu-

  schwenken. ist zu trage, um sich plötzlichen

  Windstößen anzupassen.

  Da die kleineren Windstärken, etwa unter

  8 m/s, am häufigsten auftreten, ist gerade eine

  weitgehende Ausnutzung dieser Windstärken

  finit bestem Wirkungsgrad eine Hauptforde-

  rung der Wirtschaftlichkeit solcher Anlagen.

  Der Grundgedanke der Erfindung ist daher

  darin zu sehen, eine brauchbare Einrichtung

  zu schaffen, die eine unmittelbare Kupplung

  des vom Windmotor angetriebenen Generators

  mit dein Netz gestattet und dabei eine volle

  Ausnutzung kleinster Windstärken ermög-

  licht. Das ist nur dann zu erzielen, wenn die

  Drehzahlcharakteristik des Windrades in Ab-

  hängigkeit von der Windstärke möglichst

  flach verläuft.

  Gegenstand der Erfindung ist ein Wind-

  turbinenag0*regat mit von der Windgeschwin-

  digizeit abhängiger selbsttätiger Flügelein-

  stellung durch Vermittlung einer in Richtung

  der Drehachse entgegen einem Kraftspeicher

  verschiebbare, mit den Flügelachsen über

  Zahnradsegmente gekuppelten Zahnstange.

  Erfindungsgemäß sind die Flügelachsen in an

  sich bekannter Weise tangential zur Turbinen-

  welle gelagert, und die Zahnstange wird von

  einerseits in der hohl ausgebildeten Turbinen-

  welle und andererseits gewissermaßen als

  Fortsetzung davon in einem an die Flügel-

  radnabe angesetzten zylindrischen Gehäuse

  ,-,leitenden Kolben getragen, wobei die Kolben

  zugleich zur Dämpfung der Flügelbewegungen

  dienen:--Diese Ausführung gestattet nicht nur

  eine vollständige Kapselung der Verstellein-

  richtung, sondern ermöglicht gleichzeitig die

  Anwendung einer wirksamen Dämpfungsein-

  richtung. Die gesamte Ausführung wird da-

  durch außerordentlich vereinfacht. Die tan-

  äentiale Anordnung der Flügelachsen zu dein

  Steuerglied hat den Vorteil, daß trotz ge-

  drängter Bauweise die Flügelraclachse in zwei

  in verhältnismäßig weitem Abstand vonein-

  ander stehenden Wälzlagern gelagert werden

  kann. Die Flügel sind daher in der Lage,

  auch großen Belastungen ohne weiteres stand-

  zuhalten.

  Abb. z und 2 zeigen ein -Beispiel eines

  solchen @Vindturbinenag,regats.

  Das Windrad besitzt hier beispielsweise

  vier Flügel a l, a=. a3, a,, die nach Art von Pro-

  pellerflügeln frei tragend ohne einen äußeren

  Versteifungskranz ausgebildet sind. Grund-

  sätzlich wäre es natürlich auch inöglicli, einen

  lladkranz vorzusehen. jeder Flügel wird von

  einer durchgehenden Liingsachse h, bzw. b=,

  b3, h, getragen, die in Richtung von Tangen-

  ten zur Flügelachse in einem finit dein I'ad

  atnlaufenden Flansclil;örper c an den Stellen d

  und e leicht drehbar gelagert sind. Ztt diesem

  Zweck werden mit Vorteil @W'silzlager veruwen-

  det. Dieser Flanschkörper c wird von der

  eigentlichen (hier hohl ausgebildeten) @@'ind-

  turbinenwelle (getragen. Die Welle f selbst

  ruht in zwei als Wälzlager g und h ausgeführ-

  ten Traglagern, die ihrerseits in dein eigent-

  lichen Tragkörper i, angeordnet sind. Der

  Teil i ist mit dein das gesamte Aggregat tra-

  genden Gerüst verbunden. Auf die Achsen b"

  b., b3, b., ist nun je ein Zahnradsegment k fest

  aufgesetzt, das in die Zähne einer Zahn-

  stange Z mit quadratischem Querschnitt ein-

  greift. Diese Zahnstange L ist einerseits in

  der hohlen Turbinenwelle, anderseits in einem

  an die Fliigelradnabe angesetztem zylindri-

  schen Gehäuse .ng geführt. Sie wird durch eine

  Feder p, die mittels einer Schraube q einstell-

  bar ist, im Ruhestand so gehalten, daß säint-

  liclie Flügel sich in einer Endlage befinden.

  In dieser Lage besitzen die Flügel eine ganz

  geringe -Neigung zur Radebene bzw. die größte

  zur Windrichtung. Bei wachsendem Wind-

  druck h versuchen sich die Achsen h,, b., b3,

  b,, der einzelnen Flügel ztt drehen, wobei

  durch Vermittlung der Zahnradsegmente k die

  Zalitistange Z entgegen der Federwirkung ver-

  schoben wird. Die Fliigel werden also so

  l.:nge uni ihre Längsachsen verstellt, bis eine

  Kompensation des infolge cles Winddrucks

  auf sie atis"eiibten Drehmoments durch die

  Feder p stattfinden. Die Einstellung der Feder-

  spannung wird nun so abgestimmt. daß bei

  geringem Wind (etwa 3 in/s) noch keine Ein-

  stellbewegung eintritt, bei stärkerem Wind

  (etwa 8 bis .9 m/s) dagegen eine solche Verstellung bewirkt wird, daß die volle Leistung bei einer- der Netzfrequenz entsprechenden Drehzahl abgegeben wird. Bei noch stärkerem Wind tritt dann eine weitere Verstellung ein, die eine Überlastung des angetriebenen C7enerators verhindert. Die Federbemessung kann so gewählt werden, daß bei Sturm die Flügel nahezu senkrecht zur Radebene stehen und sie damit d:m Wind fast keinen Widerstand mehr bieten. Die Bewegungen der Flügel werden zweckmäßig durch die Kolben na und o gedämpft.
• Bei der relativ geringen Drehzahl eines Windrades größerer Leistung bietet die Kraftübertragung durch eine Transmission wegen der hohen dabei auftretenden Drehmomente große Schwierigkeiten, .die sich dadurch beheben lassen, daß der anzutreibende Generator am Windrad selbst angeordnet ist und mit diesem .entweder unmittelbar oder über ein "Zahnradgetriebe gekuppelt ist. Der Generator r ist beispielsweise an einem Flansch s des Trägers i befestigt. Das Getriebe t verbindet die Welle des Generators r mit der Welle f des Windrades. Das ganze übertragungssvstem mit dem Generator und sonstigen Hilfsapparaten zur Steuerung wird zweckmäßig durch eine stromlinienförmig ausgebildete Verkleidung u und v vor Wind- und WettereinflÜssen geschützt. Um einen optimalen Wirkungsgrad zu erzielen, werden die Flügel a1, a.i, a3, a4 zweckmäßig in Stromlinienform ausgebildet,-wie dies in Abb. 2 im Schnitt angedeutet ist.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Windturbinenaggregat mit von der Windgeschwindigkeit abhängiger selbsttätiger Flügeleinstellung durch Vermittlung einer in Richtung der Drehachse entgegen einem Kraftspeicher verschiebbaren, mit den Flügelachsen über Zahnradsegmente gekuppelten Zahnstange, dadurch gekennzeichnet, daß die Flügelachsen in an sich bekannter Weise tangential zur Turbinenwelle gelagert sind und daß die Zahnstange von einerseits in der hohl 'ausgebildeten Turbinenwelle und andererseits gewissermaßen als Fortsetzung davon in einem an die Flügelradnabe angesetzten zylindrischen Gehäuse gleitenden Kolben getragen wird, die zugleich zur Dämpfung der Flügelbewegungen dienen.
2. 2. Windturbinenaggregat nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß an einem der Kolben eine Wendelfeder angreift, deren Spannung veränderbar ist.